Question

16．隨著世界工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的劇增，全球能源緊張及世界氣候面臨越來越嚴(yán)重的問題，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂引起了全世界的普遍重視．
（1）如圖為C及其氧化物的變化關(guān)系圖，若①是通過O₂與C反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，測知生成14gCO時放出60kj的熱量，則其熱化學(xué)方程式為2C（s）+O₂（s）=2CO（s）△H=-240kJ/mol．
（2）把煤作為燃料可通過下列兩種途徑：
途徑I：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁＜0 ①
途徑II：先制成水煤氣：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₂＞0 ②
再燃燒水煤氣：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₃＜0  ③
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₄＜0  ④
則途徑I放出的熱量等于（填“大于”“等于”或“小于”）途徑II放出的熱量；
△H₁、△H₂、△H₃、△H₄的數(shù)學(xué)關(guān)系式是△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）．
（3）甲醇（CH₃OH）是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上可用如下方法合成甲醇：
方法一  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
方法二  CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
在25℃、101kPa下，1 克液態(tài)甲醇完全燃料放熱25kJ，寫出甲醇燃燒生成1molCO₂的熱化學(xué)方程式CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-800kJ•mol^-1．若將該反應(yīng)設(shè)計成原電池反應(yīng)，用稀H₂SO₄作電解質(zhì)，則其電極方程式分別為  正極：3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂0負(fù)極：2CH₃OH-12e^-+2H₂0=2CO₂+12H⁺
（4）金屬鈦冶煉過程中其中一步反應(yīng)是將原料金紅石轉(zhuǎn)化：
TiO₂（金紅石）+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO
已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-400kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-560kJ•mol^-1
TiO₂（s）+2Cl₂（g）=TiCl（s）+O₂（g）△H=+140kJ•mol^-1
則TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）的△H=-100KJ/mol．
（5）臭氧可用于凈化空氣、飲用水消毒，處理工業(yè)廢物和作為漂白劑．臭氧幾乎可與除鉑、金、銥、氟以外的所有單質(zhì)反應(yīng)．如：6Ag（s）+O₃（g）=3Ag₂O（s）△H=-260kJ•mol^-1
已知：2Ag₂O（s）=4Ag（s）+O₂（g）△H=+70kJ•mol^-1
則O₃轉(zhuǎn)化為O₂的熱化學(xué)方程式為2O₃（g）═3O₂（g）△H=-310kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）O₂與C完全反應(yīng)生成14g即0.5molCO放熱60kJ熱量，生成2molCO放熱240KJ，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)的焓變?yōu)?240KJ/mol，依據(jù)熱化學(xué)方程式書寫得到；
（2）根據(jù)蓋斯定律可知，反應(yīng)熱只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)；由蓋斯定律，將途徑Ⅱ的三個化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加減，構(gòu)造出途徑I的熱化學(xué)方程式，據(jù)此判斷△H₁、△H₂、△H₃、△H₄的數(shù)學(xué)關(guān)系式；
（3）題干所給量計算32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放熱，結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫方法，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)焓變；正極通氧氣該電極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水；負(fù)極通燃料失電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（4）根據(jù)蓋斯定律，將所給的已知反應(yīng)通過加減乘除等變形，來得到目標(biāo)反應(yīng)，并將反應(yīng)熱也做相應(yīng)的變形即可；
（5）①6Ag（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s），△H=-260kJ•mol^-1，
②2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g），△H=+70kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律可知①×2+②×3可得到，2O₃（g）═3O₂（g），以此計算反應(yīng)熱．

解答 解：（1）O₂與C完全反應(yīng)生成14g即0.5molCO放熱60kJ熱量，生成2molCO放熱240KJ，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)的焓變?yōu)?240KJ/mol，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2C（s）+O₂（ s ）=2CO（s）△H=-240kJ/mol，
故答案為：2C（s）+O₂（ s ）=2CO（s）△H=-240kJ/mol；
（2）根據(jù)蓋斯定律可知，反應(yīng)熱只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)，通過觀察可知途徑Ⅰ和途徑Ⅱ是等效的，途徑Ⅰ和途徑Ⅱ等量的煤燃燒消耗的氧氣相等，兩途徑最終生成物只有二氧化碳，所以途徑Ⅰ放出的熱量等于途徑Ⅱ放出的熱量；
途徑Ⅱ：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₂＞0  ②
再燃燒水煤氣：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃＜0            ③
2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（g）△H₄＜0                          ④
由蓋斯定律可知，②×2+③+④得2C（s）+2O₂ （g）═2CO₂（g）△H=2△H₂+△H₃+△H₄．
所以△H₁=$\frac{1}{2}$△H=$\frac{1}{2}$（2△H₂+△H₃+△H₄）=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）．
故答案為：等于；△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）；
（3）在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放熱25kJ．32g甲醇燃燒生成1molCO₂和液態(tài)水放出熱量為800KJ；則表示甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-800kJ•mol^-1，正極通氧氣該電極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，故電極反應(yīng)方程式為3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂0；負(fù)極通燃料失電子發(fā)生還原反應(yīng)，故電極反應(yīng)方程式為2CH₃OH-12e^-+2H₂0=2CO₂+12H⁺；
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-800kJ•mol^-1；3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂0；2CH₃OH-12e^-+2H₂0=2CO₂+12H⁺；
（4）已知：①C（S）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-400KJ/mol
         ②2CO（g）+O2=2CO2（g）△H=-560KJ/mol
         ③TiO₂（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（s）+O₂（g）△H=+140KJ/mol
金紅石與氯氣、石墨制取TiCl₄（s）和CO的化學(xué)反應(yīng)方程式可以通過③+①×2-②得到，
所以TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）△H=140kJ/mol-400kJ/mol×2+560kJ/mol=-100KJ/mol，
即TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）△H=-100KJ/mol，
故答案為：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）△H=-100KJ/mol，
故答案為：-100KJ/mol；
（5）①6Ag（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s），△H=-260kJ•mol^-1，
②2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g），△H=+70kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律可知①×2+②×3可得到，2O₃（g）═3O₂（g），則反應(yīng)熱△H=（-260kJ•mol^-1）×2+（+70kJ•mol^-1）×3=-310kJ/mol，
故答案為：2O₃（g）═3O₂（g）△H=-310kJ/mol．

點(diǎn)評 本題考查較綜合，涉及熱化學(xué)反應(yīng)方程式、蓋斯定律的應(yīng)用，側(cè)重反應(yīng)原理的考查，注重知識的遷移應(yīng)用，題目難度中等．